JP2007079267A - 光送受信素子、及びこの光送受信素子を備える光送受信素子並びに光センサー - Google Patents

Abstract

【課題】 基材の材料の選択幅を広くするとともに、容易に製造する。
【解決手段】 面発光素子１６が形成された第一基材１２と、面型の受光素子１８が形成された第二基材１４とを、各々作成し、作成後に積層して接合する。よって、第一基材１２、第二基材１４は、各々最適な材料を選択することができる。また、量産性も優れる。さらに、光送受信素子１０は、面発光素子１６の上に、面型の受光素子１８を設けて一体化しているので、光ファイバー３０との接合工程も容易である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光送受信素子、及びこの光送受信素子を備える光送受信素子、並びに光センサーに関する。

双方向光送受信システムに用いる光ファイバーの両端部に取り付ける光送受信器は、面発光素子と受光素子をそれぞれ個別に組み込んでいた。また、異なる位置に配置した面発光素子及び受光素子から、反射や集光・屈折などを用いて光ファイバーに導光する必要があり、構造が複雑であった。このため、高精度な位置調整が必要になり、製造工程が複雑で容易でなかった。また、小型化にも限界があった。

同様に、面発光素子と受光素子をそれぞれ個別に組み込んだ光センサーも、高精度な位置調整が必要であり、組み立て工程が複雑である。また、小型化にも限界があった。

そこで、発光素子と受光素子とを一体した構成が提案されている。

例えば、レーザ光が活性層に対して垂直に入出力する面発光レーザ素子を光送受信素子として用い、この面発光レーザ素子のレーザ光の入出力端面に、面発光レーザ素子の発光動作および受光動作の切り替えごとに透過率を変化させる透過率可変ミラーを備えた構成。（例えば、特許文献１参照）。

また、例えば、半導体基板上に光吸収波長が異なる２層の面型ＰＤ（受光素子層）と発振波長が異なる２層以上のＶＣＳＥＬ層（面発光素子層）とを波長順に積層した構成。（例えば、特許文献２参照）。

また、例えば、半導体基板上に受光部があり、この受光部の上に発光部があり、そして、この発光部側に設けられた射出窓より入力光・出力光を入出させる構成。（例えば、特許文献３参照）。

しかし、同一の基材上に面発光素子と受光素子とを積層して製造するので、基材の材料の選択に制限があった。また、より容易に製造することが求められている。
特開平０７−２５００３２号公報 特開２００３−２４９７１４号公報 特開平０３−２７４０３０号公報

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、基材の材料の選択幅を広くするとともに、容易に製造することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の光送受信素子は、上面に面発光素子が形成された第一基材と、前記第一基材の上に設けられ、上面に受光素子が形成された第二基材と、前記受光素子に設けられ、前記面発光素子が発光した光を射出する射出窓と、前記射出窓と面発光素子との間に設けられ、前記光が通過する通過部と、を備えることを特徴としている。

請求項１に記載の光送受信素子は、上面に面発光素子が形成された第一基材の上に、上面に受光素子が形成された第二基材を設けている。面発光素子が発光した光は、通過部を通過して、受光素子に設けられた射出窓から射出する。

このように面発光素子の上に受光素子を設けて一体化したので、小型化されている。

また、このような構成としたので、面発光素子が形成された第一基材と受光素子が形成された第二基材とを各々作成し、作成後に積層して接合することで光送受信素子を製造できる。よって、第一基材と第二基材には、面発光素子と受光素子とで各々最適な材料を選択することができる。また、製造が容易である。さらに、第一基材と第二基材とを半導体ウェハレベルで一体化すれば、さらに量産性が向上する。

請求項２に記載の光送受信素子は、請求項１に記載の構成において、前記通過部は、空洞である空洞部であることを特徴としている。

請求項２に記載の光送受信素子は、面発光素子が発光した光が空洞部を通過して、射出窓から射出する。

請求項３に記載の光送受信素子は、請求項１に記載の構成において、前記通過部は、前記光を透過する透過部であることを特徴としている。

請求項３に記載の光送受信素子は、面発光素子が発光した光が透過部を透過して、射出窓から射出する。

請求項４に記載の光送受信素子は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の構成において、前記第一基材の上面と前記第二基材の下面とが接合され、該第二基材の下面には、前記面発光素子が収まる凹部を備えることを特徴としている。

請求項４に記載の光送受信素子は、第二基材の下面には、面発光素子が収まる凹部を備えているので、第一基材の上面と第二基材の下面とを接合しても、面発光素子が第二基材の下面と干渉しない。

請求項５に記載の光送受信素子は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の構成において、前記第一基材と前記第二基材との間に中間基材が接合され、前記中間基材には前記面発光素子が収まる孔が形成されていることを特徴としている。

請求項５に記載の光送受信素子は、第一基材と第二基材との間の中間基材に、面発光素子が収まる孔が形成されているので、面発光素子が第二基材の下面と干渉しない。

さらに、中間基材の孔は、例えば、エッジングなどで容易に形成できるので、製造が容易である。

請求項６に記載の光送受信素子は、請求項１から請求項５に記載の構成において、前記面の外部接続用の電極と前記受光素子の外部接続用の電極は、前記第一基材の下面に形成されていることを特徴としている。

請求項６に記載の光送受信素子は、面発光素子の外部接続用の電極と受光素子の外部接続用の電極は、第一基材の下面に形成されている。

さて、例えば、第二基材の上面に外部電極があった場合、第一基材の下面に接合した外部基板等と外部電極とは、ワイヤーボンディングを用いて電気的に接続する必要がある。

これに対し、第一基材の下面に外部電極が形成されていると、第一基材の下面に接合した外部基板のランドと外部電極とを接続することで、ワイヤーボンディングを用いることなく電気的に接合できる。

請求項７に記載の光送受信素子は、請求項６に記載の構成において、前記第一基材の下面に形成された外部接続用の電極は、少なくとも全部で３つ以上形成されるとともに、前記電極で囲まれた内側に当該光送受信素子の中心位置があることを特徴としている。

請求項７に記載の光送受信素子は、第一基材の下面に形成された外部接続用の電極は、少なくとも全部で３つ以上形成されるとともに、電極で囲まれた内側に当該光送受信素子の中心位置がある。

よって、第一基材の下面と、この下面に接合した外部基板と、の間に隙間が生じても傾くことなく安定している。

請求項８に記載の双方向光送受信システムは、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光送受信素子の受光素子を、光が導光する光ファイバーの両端に取り付けたことを特徴としている。

請求項８に記載の双方向光送受信システムは、面発光素子と受光素子とを一体化した光送受信素子を、光ファイバー又は光導波路の両端に取り付けるので、組み立てが容易である。

請求項９に記載の双方向光送受信システムは、請求項８に記載の構成において、前記光ファイバー又は光導波路を導光したレーザ光の前記受光素子での強度分布のピーク位置と前記射出窓の位置とをズラしたことを特徴としている。

請求項９に記載の双方向光送受信システムは、光ファイバー又は光導波路を導光した光の強度分布の受光素子でのピーク位置と射出窓の位置とが重ならないでズレている。よって、光の強度分布のピーク位置の光を、射出窓が邪魔することなく、受光素子が受光することができる。したがって、受光効率が良い。

請求項１０に記載の双方向送受信システムは、請求項９に記載の構成において、前記光ファイバー又は光導波路の断面の屈折率は中心位置に対して非対称となっており、前記射出窓は前記受光素子の中心位置にあること特徴としている。

請求項１０に記載の双方向送受信システムは、光ファイバー又は光導波路の断面の屈折率は中心位置に対して非対称となっているので、光ファイバー又は光導波路を導光した光の強度分布のピーク位置は中心位置にない。また、射出窓は受光素子の中心位置にある。

このように、光ファイバー又は光導波路を導光した光の強度分布のピーク位置と射出窓の位置とが重ならないでずれている。よって、光の強度分布のピーク位置の光を、射出窓が邪魔することなく、受光素子が受光することができる。したがって、受光効率が良い。

請求項１１に記載の双方向送受信システムは、請求項９に記載の構成において、前記光ファイバー又は光導波路の断面の屈折率は略一様であり、前記射出窓は、前記受光素子の中心位置からズレて配置されていることを特徴としている。

請求項１１に記載の双方向送受信システムは、光ファイバー又は光導波路の断面の屈折率は略一様であるので、光ファイバー又は光導波路を導光した光の強度分布のピーク位置は中心位置にある。また、射出窓は受光素子の中心位置からずれて配置されている。

このように、光ファイバー又は光導波路を導光した光の強度分布のピーク位置と射出窓の位置とが重ならないでずれている。よって、光の強度分布のピーク位置の光を、射出窓が邪魔することなく、受光素子が受光することができる。したがって、受光効率が良い。

請求項１２の双方向光送受信システムは、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の構成において、前記光ファイバー又は光導波路の先端部には、前記光送受信素子の前記射出窓に挿入する突起部が形成されていることを特徴としている。

請求項１２の双方向光送受信システムは、光ファイバー又は光導波路の先端部に形成された突起部が、光送受信素子の受光素子の射出窓に挿入する。面発光素子が発光した光は、突起部の先端から光ファイバー又は光導波路に入光する。

突起部の先端は、受光素子より面発光素子に近いので、突起部の先端が反射した光は、受光素子は受光しない。つまり、反射した光が受光素子に受光することによるノイズが防止されている。

請求項１３に記載の双方向光送受信システムは、請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の構成において、前記光送受信素子の面発光素子が射出する光の波長と受光素子の受光できる光の波長とは異なり、前記光ファイバー又は光導波路の一方の端部に取り付けられた前記光送受信素子の面発光素子が射出する光の波長と、他方の端部に取り付けられた前記光送受信素子の受光素子が受光できる光の波長と、を同一とし、前記光ファイバー又は光導波路の前記他方の端部に取り付けられた前記光送受信素子の面発光素子が射出する光の波長と、前記一方の端部に取り付けられた前記光送受信素子の受光素子が受光できる光の波長と、を同一と、することを特徴としている。

請求項１３に記載の双方向光送受信システムは、光送受信素子の面発光素子が射出する光の波長と受光素子が受光できる光の波長とは異なっているので、光ファイバー又は光導波路の先端が反射した光を受光素子は受光しない。よって、反射した光が受光素子に受光することによるノイズが防止される。

なお、光ファイバー又は光導波路の一方の端部に取り付けられた光送受信素子の面発光素子が射出する光の波長と、他方の端部に取り付けられた光送受信素子の受光素子が受光する光の波長とを同一とするとともに、光ファイバー又は光導波路の他方の端部に取り付けられた光送受信素子の面発光素子が射出する光の波長と、一方の端部に取り付けられた光送受信素子の受光素子が受光する光の波長とを同一としている。よって、双方向の光の送受信を行うことができる。

請求項１４に記載の光センサーは、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光送受信素子を備えることを特徴としている。

請求項１４に記載の光センサーは、面発光素子と受光素子とを一体化した光送受信素子を備えるので、構造が簡単であり、組み立ても容易である。また、従来よりも小型になる。

以上説明したように本発明によれば、基材の材料の選択幅が広くなるとともに、容易に製造できるという効果がある。

まず、本発明の第一実施形態の光送受信システムについて説明する。

図２に示すように、双方向光送受信システム１００は、光ファイバー３０の一方の端部には光送受信素子１０Ａが接合され、他方の端部には光送受信素子１０Ｂが接合されている。なお、このように、一方の端部に接合された光送受信素子には、符号の後にＡを付して光送受信素子１０Ａと記す。同様に他方は符号の後にＢを付して光送受信素子１０Ｂと記す。また、他の部材においても同様に、面発光素子１６Ａ、受光素子１８Ｂ、レーザ光ＬＡのように、符号の後にＡ，Ｂを付す。なお、一方、他方を区別する必要がない場合は、Ａ，Ｂを省略する。

双方向光送受信システム１００は、コンピュータ等からの電気信号に基づいて光送受信素子１０が射出したレーザ光Ｌを光ファイバー３０に導光させて光通信を行う。

光ファイバー３０は、レーザ光Ｌを通すガラスやプラスチック等からなる細い繊維でできている通信ケーブルである。なお、光ファイバー３０には、非常に高い純度のガラスやプラスチック等が使われており、レーザ光Ｌをスムーズに通す。なお、本発明は、光ファイバーの例を用いて説明するが、光ファイバーの代わりに光導波路を用いることも可能である。

図１に示すように、光送受信素子１０は、第一基材１２の上に第二基材１４が積層され、接合した構成である。

第一基材１２の上面（第二基材１４との接合面）には、面発光素子１６が形成されている。面発光素子１６は、レーザ光Ｌを発光する複数の発光点が２次元配列された面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）である。また、第二基材１４の上面には、面型の受光素子１８が形成されている。

第二基材１４の下面（第一基材１２との接合面）には、面発光素子１６が収まる凹部２０が形成されている。また、第二基材１４には、面発光素子１６が発光したレーザ光Ｌ１を射出可能な射出窓２２が形成されている。そして、第二基材１４には、射出窓２２と面発光素子１６との間が空洞となった円筒状の空洞部２４が形成されている。

したがって、面発光素子１６が発光したレーザ光Ｌは、空洞部２４を通り、射出窓２２から射出する。なお、図１（Ｂ）に示すように、射出窓２２は、面型の受光素子１８の上面、すなわち、受光面１８Ｄの略中心に位置している。

このように、光送受信素子１０は、面発光素子１６の上に受光素子１８が設けられて一体化しているので小型化されている。

さらに、このような構成としたので、図５に示すように、面発光素子１６が形成された第一基材１２と、受光素子１８が形成された第二基材１４とを、各々作成し、作成後に積層して接合することで容易に製造できる。また、第一基材１２、第二基材１４には、各々最適な材料を選択することができる。例えば、第一基材１２には面発光素子１６を形成するのに適したＧａＡｓ基材を使用し、第二基材１４には受光素子１８を形成するのに適したＳｉ基材を使用するなど、第一基材１２と第二基材１４とで異なる材料が使用可能である。また、第一基材１２と第二基材１４とを、半導体ウェハレベルで一体化すれば、さらに量産性が向上する。

図２に示し前述したように、双方向光送受信システム１００は、光ファイバー３０の一方の端部には光送受信素子１０Ａが透明な接着剤などで接合され、他方の端部には光送受信素子１０Ｂが接合される。光送受信素子１０の光ファイバー３０との接合面は、第二基材１４の受光素子１８の受光面１８Ｄである。なお、光送受信素子１０は、面発光素子１６の上に受光素子１８が設けられて一体化しているので、光ファイバー３０との接合工程も容易である。

図２に示すように、光ファイバー３０の一方の端部に接合された光送受信素子１０Ａが射出したレーザ光ＬＡは、光ファイバー３０を導光して、他方の端部に接合された光送受信素子１０Ｂの受光素子１８Ｂが受光する。同様に、光ファイバー３０の他方の端部に接合された光送受信素子１０Ｂが射出したレーザ光ＬＢは、光ファイバー３０を導光して、一方の端部に接合された光送受信素子１０Ａの受光素子１８Ａが受光する。そして、双方向でレーザ光ＬＡ，ＬＢを送受信することで光通信を行う。

さて、光送受信素子１０Ａが射出するレーザ光ＬＡの波長と光送受信素子１０Ａが受光できる光の波長とは異なる。同様に、光送受信素子１０Ｂが射出するレーザ光ＬＢの波長と光送受信素子１０Ｂが受光できる光の波長とは異なる。

さらに、光ファイバー３０の一方の端部に取り付けられた光送受信素子１０Ａの射出するレーザ光ＬＡの波長と、他方の端部に取り付けられた光送受信素子１０Ｂの受光する波長と、を同一としている。同様に、光ファイバー３０の他方の端部に取り付けられた光送受信素子１０Ｂの射出するレーザ光ＬＢの波長と、一方の端部に取り付けられた光送受信素子１０Ａの受光する波長と、を同一としている。

つまり、一方の光送受信素子１０Ａの射出するレーザ光ＬＡの波長は、光送受信素子１０Ａ自身では受光できない波長であるが、他方の光受信素子１０Ｂは受光できる波長となっている。同様に、他方の光送受信素子１０Ｂの射出するレーザ光ＬＢの波長は、光送受信素子１０Ｂ自身では受光できない波長であるが、一方の光受信素子１０Ａは受光できる波長となっている。

さて、光ファイバーの断面の屈折率が中心位置に対して対象となっていると、受光素子１８の受光面１８Ｄでのレーザ光Ｌの強度分布は、中心位置がもっとも強く、周辺部ほど弱くなる。つまり、中心位置がレーザ光Ｌの強度分布のピーク位置となる、（図９（Ａ）参考）。

これに対して本実施形態では、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、光ファイバー３０の断面の屈折率を中心位置Ｘに対して非対称としている。このため、図３（Ｃ）に示すように、受光素子１８の受光面１８Ｄでのレーザ光Ｌの強度分布のピーク位置Ｐが、中心位置Ｘからズレている。つまり、図３（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）に示すように、受光面１８Ｄの中心位置Ｘにある射出窓２２とレーザ光Ｌの強度のピーク位置Ｐとが重なっていない構成となっている。

つぎに、光送受信素子１０と外部基板１５０と接続について説明する。

図４に示すように、受光素子１８は、第一基材１２と第二基材１４とを貫通する貫通部４２を介して、光送受信素子１０の下面に露出している外部電極１４２と電気的に繋がっている。面発光素子１６は、第二基材１２を貫通した貫通部４２を介して、光送受信素子１０の下面に露出している外部電極１４４と電気的に繋がっている。

なお、外部電極１４２，１４４は、各二つ備え、上方から平面視すると、光送受信素子１０の下面の四隅に位置している。また、外部電極１４２，１４４を結んだ四角の中に光送受信素子１０の中心が位置する。

そして、外部基板１５のランド１４３、１４５と光送受信素子１０の下面に露出している外部電極１４２，１４４とが接合している。

つぎに、本実施形態の作用について説明する。

図１、図２、図５に示すように、面発光素子１６が形成された第一基材１２と、受光素子１８が形成された第二基材１４とを、各々作成し、作成後に積層して接合する。よって、第一基材１２、第二基材１４は、各々最適な材料を選択することができる。また、量産性も優れる。さらに、光送受信素子１０は、面発光素子１６の上に、面型の受光素子１８を設けて一体化しているので、光ファイバー３０との接合工程も容易である。

さて、前述したように光ファイバーの断面の屈折率が中心位置に対して対象となっていると、受光素子１８の受光面１８Ｄでのレーザ光の強度分布は、中心位置がもっとも強く、周辺部ほど弱くなる。（図９（Ａ）参考）。よって、受光面１８Ｄの中心位置にある射出窓２２部分は受光できないので、受光効率が良くない。

したがって、本実施形態では、図３に示すように、光ファイバー３０の断面の屈折率を中心位置Ｘに対して非対称とすることで、受光素子１８の受光面１８Ｄでのレーザ光Ｌの強度分布のピーク位置Ｐを中心位置Ｘからズラしている。このような構成とすることで、ピーク位置Ｐと中心位置Ｘにある射出窓２２とが重ならないので、受光効率が良い。

なお、受光効率は下がるが、断面の屈折率が中心位置に対して対象となっている光ファイバーを用いても良い。

また、図８に示すように、光送受信素子１０と光ファイバー３０との接合部分に間隔があると、射出したレーザ光Ｌの一部は、光ファイバー３０の端面で反射する。そして、この反射したレーザ光ＬＨを、受光素子１８が受光するとノイズとなる。なお、図８は、判りやすくするため、間隔を大きく図示している。

しかし、本実施形態は、光ファイバー３０の一方の端部に接合した光送受信素子１０Ａの面発光素子１６Ａが射出するレーザ光ＬＡの波長と、受光素子１８Ａが受光できるレーザ光ＬＢの波長とが異なっている。よって、反射したレーザ光ＬＨＡを受光素子１８Ａは受光しないのでノイズにならない。同様に、光ファイバー３０の他方の端部に接合した光送受信素子１０Ｂの面発光素子１６Ｂが射出するレーザ光ＬＢの波長と、受光素子１８Ｂが受光できるレーザ光ＬＡの波長とが異なっている。よって、反射したレーザ光ＬＨＢを受光素子１８Ｂは受光しないのでノイズにならない
なお、一方の光送受信素子１０Ａの射出するレーザ光ＬＡの波長は、光送受信素子１０Ａ自身では受光できないが、他方の光受信素子１０Ｂは受光できる。同様に、他方の光送受信素子１０Ｂの射出するレーザ光ＬＢの波長は、光送受信素子１０Ｂ自身では受光できないが、一方の光受信素子１０Ａは受光できる。よって、双方向通信は可能である。

なお、間隔があるとノイズの影響は受けやすくなるが、射出するレーザ光の波長と受光するレーザ光の波長とを同一としても良い。また、屈折率が光ファイバー３０と略同じ屈折率等の接着剤などを用いて、密着して接着接合されていれば、接合面での反射を大幅に減少させることもできる。

さて、光送受信素子と外部基板と接続についてであるが、図６に示すように、光送受信素子８００において、面発光素子（図示略）が形成された第一基材８１２の上面と、受光素子（図示略）が形成された第二基材９１４の上面と、にそれぞれ外部電極間８０２，８０４を設け、ワイヤーボンディング８１０で外部基板８５０のランド８５２，８５４と接続することが考えられる。しかし、このような方法は、光送受信素子８００が大きくなる。さらに、ワイヤーボンディング８１０が光ファイバーと干渉しやすい。

また、図７に示すように、第一基材９１２の面発光素子（図示略）の外部電極９０２を、受光素子（図示略）が形成された第二基材９１４を貫通させて上面に露出させると、光送受信素子９００が小型化できる。しかしやはり、ランド９５２，９５４と外部電極９０２，９０４を繋ぐワイヤーボンディング９１０が光ファイバーと干渉しやすい。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、光送受信素子１０の下面に外部電極１４２，１４４を露出させ、外部基板１５０のランド１４３，１４５と直接接合させている。このような構成とすることで、光送受信素子１０が更に小型化できる。また、ワイヤーボンディングを使用しないので、ワイヤーボンディングと光ファイバー３０との干渉が発生しない。さらに、ワイヤーボンディングを使用しないのでインピーダンスが低くなり、高周波特性が向上する。

さて、このようなランド１４３，１４５と外部電極１４２，１４４とを直接接合する構成は、外部電極１４２，１４４の高さ分（或いはランド１４３，１４５の高さ分）、光送受信素子１０の下面と外部基板１５０の上面との間に隙間が生じる。しかし、図４（Ｂ）に示すように、外部電極１４２，１４４を、上方から平面視すると下面の四隅に位置させ、外部電極１４２，１４４で囲まれる四角のなかに光送受信素子１０の中心が入る構成としている。よって、光送受信素子１０の下面と外部基板１５０の上面との間に隙間が生じても、光送受信素子１０が傾くことなく安定している。例えば、外部電極が図の右側にある二つのみであったと仮定した場合、不安定となり左側に傾く。

なお、外部電極は４つである必要はない、全部で３つ以上あり、それら外部電極で囲んだ中に光送受信素子の中心があれば安定する。

また、光ファイバーが干渉しやすい等の問題はあるが、図７、図８の構成であっても良い。この場合は、光送受信素子の下面と外部基板の上面との間に隙間が殆ど生じないので、外部電極の数や位置に関係なく安定している。よって、外部電極の配置等の設計の自由度が大きい。

つぎに、本発明の第二実施形態の双方向光送受信システムについて説明する。なお、第一実施形態と重複する説明は省略する。

図１０に示すように、第二実施形態の双方向光送受信システム２００も、光ファイバー３０の一方の端部と他方の端部の両方に、光送受信素子２１０が接合された構成である。

図９（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、光送受信素子２１０も、面発光素子２１６が上面に形成された第一基材２１２と、面型の受光素子２１８が上面に形成された第二基材２１４と、を積層して接合した構成である。また、面発光素子２１６が収まる凹部２２０が第二基材２１４に形成されている。さらに、レーザ光Ｌが通過する空洞部２２４、及び、レーザ光Ｌが射出する射出窓２２２も形成されている。

また、光ファイバー２３０の両端部には突起部２３２が形成されており、この突起部２３２を射出窓２２２に嵌込む構成となっている。そして、面発光素子２３０が発光したレーザ光Ｌは、この突起部２３８の先端面から光ファイバー２３２に入光する。

光ファイバー２３０の断面の屈折率は中心位置に対して対象となっており、面型の受光素子２１８の受光面２１８Ｄでのレーザ光の強度分布は、図９（Ａ）に示すように、中心位置Ｘがもっとも強く、周辺部ほど弱くなる。つまり、ピーク位置Ｐは中心位置Ｘにある。

図９（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、光送受信素子２１０の射出窓２２２は、受光素子１８の受光面１８Ｄの中心位置Ｘからずれた位置Ｙにある。つまり、レーザ光Ｌの強度が強いピーク位置Ｐ（中心位置Ｘ）と射出窓２２とは重なっていない。

なお、本実施形態では、一方と他方の光送受信素子２１０が射出するレーザ光の波長と受光する光の波長とは同じである。また、外部基板との接続は第一実施形態と同様であるので、説明を省略する。

つぎに、本実施形態の作用について説明する。

図９に示すように、光送受信素子２１０の射出窓２２２は、受光素子１８の受光面１８Ｄの中心位置Ｘからずれた位置Ｙにある。つまり、レーザ光の強度が強いピーク位置Ｐ（中心位置Ｘ）と射出窓２２２とが重なっていない。よって、受光効率が良い。

なお、ピーク位置Ｐと射出窓とが重なり受光効率が下がるが、射出窓を第一実施形態のように中心位置に形成しても良い。

また、受光素子２１８の受光面２１８Ｄより、面発光素子２１６に近くに、光ファイバー２３０の突起部２３２の先端面が位置している。よって、図１１に示すように、光ファイバー２３２と光送受信素子２１０との間に間隔があっても、面発光素子２１６が発光したレーザ光ＬＨは突起部２３２の先端面で反射する。したがって、受光素子２１８は反射したレーザ光ＬＨを受光しないので、ノイズが防止されている。

なお、上記のように、ノイズが防止されているので、一方と他方の光送受信素子２１０が射出するレーザ光Ｌの波長と受光する光の波長とは同じであっても問題ない。しかし、第一実施形態のように異なる構成としても良い。

つぎに、光送受信素子を備える光センサーについて説明する。

図１２に示すように、光センサー３００は、第二実施形態で説明した光送受信素子２１０を備えている。また、射出したレーザ光ＬＯを測定対象物３３０に照射し、反射したレーザ光ＬＩ（反射光）を受光する構成となっている。そして、受光したレーザ光ＬＩ（反射光）を分析測定することで、測定対象物３３０の有無や測定対象物までの距離測定などを行う。

なお、光送受信素子２１０は、第二実施形態の双方光送受信システム２００に用いた光送受信素子２１０と同様の構成であるので説明を省略する。

また、光送受信素子２１０と外部基板３５０との接合も、第一実施形態で説明した構成と同様であるので説明を省略する。

つぎに、本実施形態の作用について説明する。

従来は、図１５に示すように、発光ユニット３８２と受光ユニット３８４とが別々であったので、小型化が困難であった。また、それぞれの位置合わせも必要であった。

これに対し本実施形態は、図１２に示すように、光送受信素子２１６は、面発光素子２１６の上に、面型の受光素子２１８を設けて一体化しているので、従来よりも格段に小型化している。また、面発光素子２１６と受光素子２１８との位置合わせも不要である。

つぎに第一実施形態と第二実施形態の双方向光送受信システム１００，２００、及び、光センサー３００に用いた光送受信素子１０、２１０の変形例について説明する。

まず、第一変形例について説明する。

図１３に示すように、第一変形例の光送受信素子４００は、面発光素子４１６が上面に形成された第一基材４１２と、面型の受光素子４１８が上面に形成された第二基材４１４と、を積層して接合した構成である。また、面発光素子４１６が収まる凹部４２０が、第二基材４１４に形成されている。

第二基材４１４はレーザ光Ｌを透過する透明な樹脂で形成されている。そして、面発光素子４１６が発光したレーザ光Ｌは、透明な樹脂からなる第二基材４１４を透過して射出窓４２２から射出する。

つぎに、第一変形例の作用について説明する。

このような構成とすることで、第二基材４１４に空洞部を形成する必要がない。よって、製造がより容易である。

つぎに第二変形例について説明する。

図１４に示すように、第二変形例の光送受信素子５００は、第一基材５１２と第二基材５１４との間に中間基材６００が挟まれている。中間基材６００には、面発光素子５１６が収まる孔６０２が形成されている。第二基材６１４には空洞部５２４が形成され、面型の受光素子５１８には射出窓５２２が形成されている。また、中間基材６００はポリイミドからなる。

図１４（Ａ）に示すように、第二基材５１４の下面に中間基材６００を成膜し、エッチングで孔６０２を形成する。そして、第一基材５１２に接合する。なお、最初に孔６０２を形成した中間基材６００を作成し、この中間基材６００を第一基材５１２、或いは第二基材５１４に接合したのち、ふたつを積層して接合する方法であっても良い。

つぎに、第二変形例の作用について説明する。

このような構成とすることで、第二基材５１４に凹部を形成する必要がない。よって、製造がより容易である。

尚、本発明は上記の実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態は第一基材と第二基材とを積層して接合した二層構造、或いは、第一基材、中間基材、第二基材の三層構造であったが、これに限定されない。４つ以上の基材を積層して接合した４層以上の構造であっても良い。

本発明の第一実施形態の双方向光送受信システムに用いた光送受信素子を模式的に示す、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は上面図である。 本発明の第一実施形態の双方向光送受信システムを模式的に示す断面図である。 本発明の第一実施形態の双方向光送受信システムを模式的に示す、（Ａ）は光ファイバーの屈折率を説明する説明図であり、（Ｂ）は光ファイバーの屈折率を説明する断面図であり、（Ｃ）はレーザ光の強度分布を示すグラフであり、（Ｄ）は光送受信素子を模式的に示す縦断面図であり、（Ｅ）は光送受信素子を模式的に示す上面図である。 光送受信素子に外部基板を接合した状態を模式的に示す、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は上面図である。 第一基材と第二基材とを接合して光送受信素子を作成する様子の模式図である。 他の構成の光送受信素子に外部基板を接合した状態を模式的に示す、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は上面図である。 他の構成の光送受信素子に外部基板を接合した状態を模式的に示す、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は上面図である。 本発明の第一実施形態の双方向光送受信システムで、光ファイバーと光送受信素子との間の間隔があると、光ファイバーの端面でレーザ光が反射した様子を模式的に示す断面図である。 本発明の第二実施形態の双方向光送受信システムを模式的に示す、（Ａ）はレーザ光の強度分布を示すグラフであり、（Ｂ）は光送受信素子を模式的に示す縦断面図であり、（Ｃ）は光送受信素子を模式的に示す上面図である。 本発明の第二実施形態の双方向光送受信システムを模式的に示す断面図である。 本発明の第二実施形態の双方向光送受信システムで、光ファイバーと光送受信素子との間に間隔があっても、反射したレーザ光を受光素子は受光しない様子を模式的に示す断面図である。 本発明の光センサーを模式的に示す断面図である。 光送受信装置の第一変形例を模式的に示す、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は上面図である。 光送受信装置の第二変形例を模式的に示す、（Ａ）は第一基材と第二基材とを接合する様子の模式図であり、（Ｂ）は接合後の断面図である。 従来の光センサーを示す図である。

符号の説明

１０ 光送受信素子
１２ 第一基材
１４ 第二基材
１６ 面発光素子
１８ 受光素子
２０ 凹部
２２ 射出窓
２４ 空洞部
３０ 光ファイバー
１００ 双方向光送受信システム
１４２ 外部電極（外部接続用の電極）
１４４ 外部電極（外部接続用の電極）
２００ 双方向光送受信システム。

２３０ 光ファイバー
２３２ 突起部
４１４ 第二基材（透過部）
５００ 光センサー
６００ 中間基材
６０２ 孔

Claims (14)

1. 上面に面発光素子が形成された第一基材と、
   前記第一基材の上に設けられ、上面に受光素子が形成された第二基材と、
   前記受光素子に設けられ、前記面発光素子が発光した光を射出する射出窓と、
   前記射出窓と面発光素子との間に設けられ、前記光が通過する通過部と、
   を備えることを特徴とする光送受信素子。
2. 前記通過部は、空洞である空洞部であることを特徴とする請求項１に記載の光送受信素子。
3. 前記通過部は、前記光を透過する透過部であることを特徴とする請求項１に記載の光送受信素子
4. 前記第一基材の上面と前記第二基材の下面とが接合され、該第二基材の下面には、前記面発光素子が収まる凹部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光送受信素子。
5. 前記第一基材と前記第二基材との間に中間基材が接合され、前記中間基材には前記面発光素子が収まる孔が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光送受信素子。
6. 前記面発光素子の外部接続用の電極と前記受光素子の外部接続用の電極は、前記第一基材の下面に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光送受信素子。
7. 前記第一基材の下面に形成された外部接続用の電極は、少なくとも全部で３つ以上形成されるとともに、前記電極で囲まれた内側に当該光送受信素子の中心位置があることを特徴とする請求項６に記載の光送受信素子。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光送受信素子の受光素子を、光が導光する光ファイバー又は光導波路の両端に取り付けたことを特徴とする双方向光送受信システム。
9. 前記光ファイバー又は光導波路を導光した光の前記受光素子での強度分布のピーク位置と前記射出窓の位置とをズラしたことを特徴とする請求項８に記載の双方向光送受信システム。
10. 前記光ファイバー又は光導波路の断面の屈折率は中心位置に対して非対称となっており、前記射出窓は前記受光素子の中心位置にあること特徴とする請求項９に記載の双方向光送受信システム。
11. 前記光ファイバー又は光導波路の断面の屈折率は略一様であり、前記射出窓は、前記受光素子の中心位置からずれて配置されていることを特徴とする請求項９項に記載の双方向光送受信システム。
12. 前記光ファイバー又は光導波路の先端部には、前記光送受信素子の前記射出窓に挿入する突起部が形成されていることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の双方向光送受信システム。
    
13. 前記光送受信素子の面発光素子が射出する光の波長と受光素子が受光できる光の波長とは異なり、
    前記光ファイバー又は光導波路の一方の端部に取り付けられた前記光送受信素子の面発光素子が射出する光の波長と、他方の端部に取り付けられた前記光送受信素子の受光素子が受光する光の波長と、を同一とし、
    前記光ファイバー又は光導波路の前記他方の端部に取り付けられた前記光送受信素子の面発光素子が射出する光の波長と、前記一方の端部に取り付けられた前記光送受信素子の受光素子が受光する光の波長と、を同一と、
    することを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の双方向光送受信システム。
14. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光送受信素子を備えることを特徴とする光センサー。

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